CN215543819U - 一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，包括一结构主体，所述结构主体包括主机台，所述主机台上设有双驱传动小车，所述双驱传动小车上设有用于夹持钢管的钢管夹头；3D速差旋转挤压模具，用于挤压旋转钢带自动形成立体螺旋翅片；激光焊接机构，用于将翅片焊接于钢管上；翅片整形机构，用于在热状态下消除翅片在成形过程中产生的裂纹与翅片表面的毛刺；张力控制机构，用于控制钢带与钢管的接触的反作用拉力；起头模具机构，所述起头模具机构包括钢带起头模具与钢带校正器；本实用新型所述固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备具生产的翅片管具有高抗防腐性能、高抗耐磨性能、很低的接触热阻及超高的热交换效率。

Description

一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备

技术领域

本实用新型涉及螺旋翅片管生产技术领域，具体涉及一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备。

背景技术

为了提高热交换的效率，通常在换热器管的表面增加不同材质的翅片，提高热交换效率。螺旋翅片管作为换热元件，长期工作于高温﹑高腐蚀烟气﹑高湿或高温高腐蚀前存的工况下，这要求翅片管应具有很高的性能指标，例如：高抗防腐性能、高抗耐磨性能、很低的接触热阻及超高的热交换效率等。

传统的螺旋翅片管生产方法存在各种缺陷，例如以下几种：

1、套装翅片：套装翅片工艺是预先加工出一批单个的翅片，然后用人工或机械方法，按一定的翅距，靠过盈配合把翅片套装在管子外表面上，该工艺的配合效果差，热转换效率低。

2、内镶式螺旋翅片：镶嵌式螺旋翅片管是在钢管上先加工出一定宽度和深度的螺旋槽，然后在车床上把钢带镶嵌在钢管上，在缠绕，该工艺复杂，生产效率低，热转换效率低。

3、钎焊螺旋翅片管：钎焊螺旋翅片管加工分两步。首先，将钢带平面垂直于管子轴线按螺旋线方式缠绕在管子外表面上，并把钢带两端焊在钢管上固定，然后消除钢带和钢管接触处的间隙，用钎焊的方法将钢带和钢管焊在一起，工艺效率低，不环保，且产品不抗腐蚀，使用寿命短，热转换效率低。

4、高频焊螺旋翅片管：高频焊螺旋翅片管是目前应用最为广泛的螺旋翅片管之一，现广泛应用于电力、冶金、水泥行业的余热回收﹑石化﹑煤化工等行业。高频焊螺旋翅片管是在钢带缠绕钢管的同时，利用高频电流的集肤效应和邻近效应对钢带和钢管外表面加热，直至塑性状态或熔化，在缠绕钢带的一定压力下完成焊接。这种高频焊实为一种固相焊接。它与镶嵌、钎焊等方法相比，无论是在产品质量，还是生产率及自动化程度上，较为为先进。但从焊缝金相组织上看焊缝质量极差，热阻大不耐腐蚀。如果生产不锈钢翅片管，基本改变了全部金相组织进而破坏了材料理化属性。

5、三辊斜轧整体型螺旋翅片管，其生产原理为：在光面管内衬一芯棒，经轧辊刀片的旋转带动，无缝钢管通过轧槽与芯头组成的孔腔在其外表面上加工出翅片。这种方法生产出的翅片管因基管与外翅片是一个有机的整体,因而不存在接触热阻损失，该工艺制得的产品，其结合强度低，不抗腐蚀，热转换效率低。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题，而提供一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的，一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，包括一结构主体，所述结构主体包括主机台，所述主机台上设有：

双驱传动小车，所述双驱传动小车上设有用于夹持钢管的钢管夹头及与用于驱动所述钢管夹头同心转动的主旋转轴电机；

3D速差旋转挤压模具，用于挤压旋转钢带自动形成立体螺旋翅片，所述3D速差旋转挤压模具包括装配在一个同心主轴上的主动旋转模具与被动旋转模具，所述主动旋转模具与被动旋转模具上分别设有模具轮，钢带夹持于两个模具轮之间；

激光焊接机构，用于将翅片焊接于钢管上，所述激光焊接机构包括激光焊接头、水冷组件与气刀组件；

翅片整形机构，用于在热状态下消除翅片在成形过程中产生的裂纹与翅片表面的毛刺，所述翅片整形机构位于所述3D速差旋转挤压模具底部，所述翅片整形机构包括上下臂，所述上下臂上设有整形轮；

张力控制机构，所述张力控制机构位于所述3D速差旋转挤压模具一侧，所述张力控制机构包括上张紧轮、下张紧轮，所述上张紧轮上方设有上张紧轮传动臂，所述上张紧轮传动臂一端设有张紧气缸，所述下张紧轮上设有下张紧轮固定臂，所述下张紧轮固定臂与所述下张紧轮之间设有张紧压板，所述张紧压板与所述下张紧轮固定臂之间设有张紧弹簧；

起头模具机构，所述起头模具机构包括钢带起头模具与钢带校正器，所述钢带起头模具由起头主模与起头副模组成，并且所述钢带起头模具一侧设有与之驱动连接的气缸。

优选的，所述主机台还包括独立设置于所述主机台一侧的工业计算机数控装置，所述工业计算机数控装置内设有工业PC系统，所述工业PC系统上集成设置有钢带起头模具子系统﹑钢带3D切线方向张力控制子系统、3D速差旋转挤压模具子系统、翅片成形后旋压原子重新分布模具子系统、智能驱动控制子系统、激光焊接子系统、五轴运动控制子系统。

优选的，所述主机台上设有一对平行分布的双驱齿条，所述双驱传动小车底部设有与所述双驱齿条啮合的双边高斜齿，并且所述双驱传动小车上还设有用于控制主轴传动的双驱传动伺服电机。

优选的，所述钢管夹头为三爪钢管夹头，所述主旋转轴电机上设有与所述钢管夹头驱动连接，用于控制钢管旋转的旋转轴。

优选的，所述3D速差旋转挤压模具位于所述钢管正上方，所述3D速差旋转挤压模具一侧设有用于悬挂支撑所述3D速差旋转挤压模具的模具架，所述模具架上设有用于驱动所述3D速差旋转挤压模具的模架气缸。

优选的，所述上张紧轮传动臂为“7”字型结构，所述下张紧轮固定臂为“L”型结构。

优选的，所述钢带起头模具、钢带校正器及张力控制机构位于同一水平线。

优选的，所述主机台上设有机头，所述主机台末端独立设有钢管支撑架，所述钢管支撑架顶部为“Y”型结构，所述钢管一端固定于所述钢管夹头上，所述钢管另一端穿透所述机头延伸至所述机头外搁置于所述钢管支撑架的顶部。

优选的，所述结构主体还包括一用于冷却的冷却机构，所述冷却机构内装蒸馏水。

本实用新型的有益效果是：

（1）通过本实用新型所述成型设备焊接而成的固态旋压螺旋翅片管具有能耗低、品质高、寿命长的优点，市场应用前景广阔，可广泛的应用于燃气锅炉内胆、石化、煤化工﹑船舶、电力、各种环保烟雾处理、海洋机电、核电汽水分离再热器、大型燃气及蒸汽轮机等系统中；

（2）采用高功率光纤激光器自主进行二次开发，集成在工业计算机数控装置的工业计算机数控系统中，钢带起头模具系统﹑钢带3D切线方向张力控制模具系统﹑3D速差旋转挤压模具系统、翅片成形后旋压原子重新分布模具系统、主轴高惯量伺服电机﹑走螺距伺服电机﹑激光焊接机﹑五轴运动控制系统等集成在统一的工业控PC系统中，具有智能化程度高的优点；

（3）通过采用激光焊接成型工艺基本不改变金属的金相组织、熔池深、翅片间距小、翅片厚度薄可生产0.3㎜以上的薄翅片、结合强度高，是其它同类产品强度的1.5倍以上，在相同材质下比其它工艺成型的螺旋翅片管都要更耐腐蚀；

（4）激光焊接成型螺旋翅片管的翅片间距最小可做到2.0mm、最薄可焊接0.3㎜，是传统高频焊翅片管高频焊螺旋翅片管翅片间距最小为6mm无法相比拟的，相对于传统螺旋翅片管而言，具有热转换效率高、体积更小、空间更小、能耗低、使有寿命长、维护频率低的优点；

（5）强度性能更佳，激光束的高能量密度使两基材瞬间熔合，产生的热效应小﹑熔池深，焊缝处原子的密度比基材密度更高，所以强度更高、更耐腐蚀；

（6）抗腐蚀性能更佳，高频焊大范围的改变了金属原有的金相组织，高能量密度的激光束焊接使焊缝热影响区非常小，金相组织改变较小，焊缝处的原子密度更高，所以抗腐蚀性更好；

（7）生产能耗低，目前单台机组功率为15KW如AXL-2000CFPS4；而传统的高频焊接功率约几百千瓦，至少节能数倍以上，附合当下高产出低排放的环保要求；

（8）高能量密度的激光束机在焊接翅片过程中环境温度很低，无水汽﹑烟尘﹑工作环境清洁基本对环境无污染；

（9）焊接效率高、能耗低，焊接钢带的线速度为250毫米每秒比传统高频焊螺旋翅片管设备速度快一倍用电仅每小时7度电以下，而传统的高频焊设备最少要200度电每小时。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型中翅片焊接结构示意图；

图3为本实用新型中3D速差旋转挤压模具结构示意图；

图4为本实用新型中3D速差旋转挤压模具分解图；

图5为本实用新型中翅片整形机构结构示意图之一；

图6为本实用新型中翅片整形机构结构示意图之二；

图7为本实用新型中起头模具机构结构示意图；

图8为本实用新型中钢带起头模具结构示意图；

图9为本实用新型中张力控制机构结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-9所示：

本实施例中，一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，包括一结构主体，所述结构主体包括主机台1，所述主机台1上设有：双驱传动小车4，所述双驱传动小车4上设有用于夹持钢管29的钢管夹头5及与用于驱动所述钢管夹头5同心转动的主旋转轴电机3；3D速差旋转挤压模具6，用于挤压旋转钢带14自动形成立体螺旋翅片，所述3D速差旋转挤压模具6包括装配在一个同心主轴上的主动旋转模具19与被动旋转模具18，所述主动旋转模具19与被动旋转模具18上分别设有模具轮，钢带14夹持于两个模具轮之间；激光焊接机构，用于将翅片焊接于钢管29上，所述激光焊接机构包括激光焊接头9、水冷组件与气刀组件；翅片整形机构，用于在热状态下消除翅片在成形过程中产生的裂纹与翅片表面的毛刺，所述翅片整形机构位于所述3D速差旋转挤压模具6底部，所述翅片整形机构包括上下臂21，所述上下臂21上设有整形轮20，翅片整形机构通过高速旋挤压，利用金属固态流法让原子重新分布，消除翅片在拉伸过程中产生的微观裂纹及表面的毛刺，可提高翅片原子的密度甚至比基材态密度更高，进而提高翅片管将来的耐腐蚀度；张力控制机构26，所述张力控制机构26位于所述3D速差旋转挤压模具6一侧，所述张力控制机构26包括上张紧轮13、下张紧轮15，所述上张紧轮13上方设有上张紧轮传动臂11，所述上张紧轮传动臂11一端设有张紧气缸12，所述下张紧轮15上设有下张紧轮固定臂28，所述下张紧轮固定臂28与所述下张紧轮15之间设有张紧压板16，所述张紧压板16与所述下张紧轮固定臂28之间设有张紧弹簧17，张力控制机构26通过调节张紧气缸12的压力及张紧弹簧17的行程来控制相应钢带14的张力大小，在恒定的张力控制下，提供稳定的预拉伸反作用力；起头模具机构，所述起头模具机构包括钢带起头模具23与钢带校正器27，所述钢带起头模具23由起头主模25与起头副模24组成，并且所述钢带起头模具23一侧设有与之驱动连接的气缸22，钢带14剪成尘刀形状插入钢带起头模具23内的起头装置。

其中，所述主机台1还包括独立设置于所述主机台1一侧的工业计算机数控装置，所述工业计算机数控装置内设有工业PC系统，所述工业PC系统上集成设置有钢带起头模具子系统﹑钢带3D切线方向张力控制子系统、3D速差旋转挤压模具子系统、翅片成形后旋压原子重新分布模具子系统、智能驱动控制子系统、激光焊接子系统、五轴运动控制子系统；

所述主机台1上设有一对平行分布的双驱齿条2，所述双驱传动小车4底部设有与所述双驱齿条2啮合的双边高斜齿，并且所述双驱传动小车4上还设有用于控制主轴传动的双驱传动伺服电机；

所述钢管夹头5为三爪钢管夹头，所述主旋转轴电机3上设有与所述钢管夹头5驱动连接，用于控制钢管29旋转的旋转轴；

所述3D速差旋转挤压模具6采用钴基碳化钨材料，通过真空热理后达HR65度的硬度；

所述3D速差旋转挤压模具6位于钢管29正上方，所述3D速差旋转挤压模具6一侧设有用于悬挂支撑所述3D速差旋转挤压模具6的模具架8，所述模具架8上设有用于驱动所述3D速差旋转挤压模具6的模架气缸7；

所述上张紧轮传动臂11为“7”字型结构，所述下张紧轮固定臂28为“L”型结构；

所述钢带起头模具23、钢带校正器27及张力控制机构位于同一水平线；

所述主机台1上设有机头10，所述主机台1末端独立设有钢管支撑架，所述钢管支撑架顶部为“Y”型结构，所述钢管29一端固定于所述钢管夹头5上，所述钢管29另一端穿透所述机头10延伸至所述机头10外搁置于所述钢管支撑架的顶部；

所述结构主体还包括一用于冷却的冷却机构，所述冷却机构内装蒸馏水。

本实用新型提供的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，主要用于加工低碳钢、不锈钢304、316、316L、316L钛、铁素体不锈钢444、MSR-TP4等与相应钢带的焊接。而不锈钢翅片管系列主要用于高腐蚀高低温环境的热交换环境中，而铁素体不锈钢翅片管主要用于高温燃气锅炉中,具有高抗防腐性能、高抗耐磨性能、很低的接触热阻及超高的热交换效率。

螺旋翅片管焊接流程：钢带剪成尖刀形状依次插入张力控制机构、钢带校正器内，气缸推动钢带起头模具前出，钢带插入钢带起头模具内，启动激光焊接机构，钢带起头模具后退，3D速差旋转挤压模具下压，进入翅片整形机构，整机自动进入系统全速焊接程式，设定程序结速。

更具体的，生产工艺操作流程如下：

a.目视检测模具是否安装完好，有无漏水、漏汽、漏电现象。

b.首先送片起头，系统设置开始程式会自动完成。

c.使用工具：系统自带微型汽动式冲床在模具中制作钢带起头形状。

d.钢带剪成尖刀形状→张力控制系统→钢带校正器→起头模具前出气缸推动→钢带插入起头模具内→开起激光焊接起头程序焊接钢带长2CM→起头模具退出→3D速差旋转挤压模具下压→进入翅片整形机构→程式自动进入系统全速焊接程式直到程序结速。

e.焊接时两个人组班组，可同时操作多台机组。工作中要经常巡视，注意焊道是否有渣垢并及时清理。

于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于，包括一结构主体，所述结构主体包括主机台，所述主机台上设有：

双驱传动小车，所述双驱传动小车上设有用于夹持钢管的钢管夹头及与用于驱动所述钢管夹头同心转动的主旋转轴电机；

3D速差旋转挤压模具，用于挤压旋转钢带自动形成立体螺旋翅片，所述3D速差旋转挤压模具包括装配在一个同心主轴上的主动旋转模具与被动旋转模具，所述主动旋转模具与被动旋转模具上分别设有模具轮，钢带夹持于两个模具轮之间；

激光焊接机构，用于将翅片焊接于钢管上，所述激光焊接机构包括激光焊接头、水冷组件与气刀组件；

翅片整形机构，用于在热状态下消除翅片在成形过程中产生的裂纹与翅片表面的毛刺，所述翅片整形机构位于所述3D速差旋转挤压模具底部，所述翅片整形机构包括上下臂，所述上下臂上设有整形轮；

张力控制机构，所述张力控制机构位于所述3D速差旋转挤压模具一侧，所述张力控制机构包括上张紧轮、下张紧轮，所述上张紧轮上方设有上张紧轮传动臂，所述上张紧轮传动臂一端设有张紧气缸，所述下张紧轮上设有下张紧轮固定臂，所述下张紧轮固定臂与所述下张紧轮之间设有张紧压板，所述张紧压板与所述下张紧轮固定臂之间设有张紧弹簧；

起头模具机构，所述起头模具机构包括钢带起头模具与钢带校正器，所述钢带起头模具由起头主模与起头副模组成，并且所述钢带起头模具一侧设有与之驱动连接的气缸。

2.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述主机台上设有一对平行分布的双驱齿条，所述双驱传动小车底部设有与所述双驱齿条啮合的双边高斜齿，并且所述双驱传动小车上还设有用于控制主轴传动的双驱传动伺服电机。

3.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述钢管夹头为三爪钢管夹头，所述主旋转轴电机上设有与所述钢管夹头驱动连接，用于控制钢管旋转的旋转轴。

4.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述3D速差旋转挤压模具位于所述钢管正上方，所述3D速差旋转挤压模具一侧设有用于悬挂支撑所述3D速差旋转挤压模具的模具架，所述模具架上设有用于驱动所述3D速差旋转挤压模具的模架气缸。

5.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述上张紧轮传动臂为“7”字型结构，所述下张紧轮固定臂为“L”型结构。

6.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述钢带起头模具、钢带校正器及张力控制机构位于同一水平线。

7.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述主机台上设有机头，所述主机台末端独立设有钢管支撑架，所述钢管支撑架顶部为“Y”型结构，所述钢管一端固定于所述钢管夹头上，所述钢管另一端穿透所述机头延伸至所述机头外搁置于所述钢管支撑架的顶部。

8.根据权利要求1所述的一种固态旋压螺旋翅片管激光焊接成形设备，其特征在于：所述结构主体还包括一用于冷却的冷却机构，所述冷却机构内装蒸馏水。

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